Memperluas Jangkauan LIGO Ke Kosmos – Majalah Time.com

  • Bagikan
banner 468x60


Di masa depan, karena semakin banyak peningkatan yang dilakukan pada Observatorium LIGO yang didanai National Science Foundation—satu di Hanford, Washington, dan lainnya di Livingston, Louisiana—fasilitas ini diharapkan dapat mendeteksi semakin banyak jumlah peristiwa kosmik ekstrem ini. Pengamatan ini akan membantu memecahkan misteri mendasar tentang alam semesta kita, seperti bagaimana lubang hitam terbentuk dan bagaimana bahan-bahan alam semesta kita diproduksi.

Salah satu faktor penting dalam meningkatkan sensitivitas observatorium melibatkan lapisan pada cermin kaca yang terletak di jantung instrumen. Setiap cermin seberat 40 kilogram (88 pon) (ada empat di setiap detektor di dua observatorium LIGO) dilapisi dengan bahan reflektif yang pada dasarnya mengubah kaca menjadi cermin. Cermin memantulkan sinar laser yang sensitif terhadap gelombang gravitasi yang lewat.

Umumnya, semakin reflektif cermin semakin sensitif instrumen, tetapi ada masalah: Lapisan yang membuat cermin reflektif juga dapat menyebabkan kebisingan latar belakang pada instrumen—kebisingan yang menutupi sinyal gelombang gravitasi yang diinginkan.

Sekarang, sebuah studi baru oleh tim LIGO menjelaskan jenis baru lapisan cermin yang terbuat dari titanium oksida dan germanium oksida dan menguraikan bagaimana hal itu dapat mengurangi kebisingan latar belakang di cermin LIGO dengan faktor dua, sehingga meningkatkan volume ruang yang dapat diselidiki oleh LIGO. dengan faktor delapan.

“Kami ingin menemukan bahan di tepi dari apa yang mungkin hari ini,” kata Gabriele Vajente, seorang ilmuwan peneliti senior LIGO di Caltech dan penulis utama makalah tentang pekerjaan yang muncul di jurnal Physical Review Letters. “Kemampuan kita untuk mempelajari skala besar alam semesta dibatasi oleh apa yang terjadi di ruang mikroskopis yang sangat kecil ini.”

“Dengan lapisan baru ini, kami berharap dapat meningkatkan tingkat deteksi gelombang gravitasi dari sekali seminggu menjadi sekali sehari atau lebih,” kata David Reitze, direktur eksekutif Laboratorium LIGO di Caltech.

Penelitian, yang mungkin memiliki aplikasi masa depan di bidang telekomunikasi dan semikonduktor, merupakan kolaborasi antara Caltech; Universitas Negeri Colorado; Universitas Montreal; dan Universitas Stanford, yang sinkrotronnya di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC digunakan dalam karakterisasi pelapis.

LIGO mendeteksi riak dalam ruang-waktu menggunakan detektor yang disebut interferometer. Dalam pengaturan ini, sinar laser yang kuat dibagi menjadi dua: masing-masing sinar berjalan ke bawah satu lengan dari selungkup vakum besar berbentuk L menuju cermin sejauh 4 kilometer. Cermin memantulkan sinar laser kembali ke sumber asalnya. Ketika gelombang gravitasi lewat, mereka akan meregangkan dan meremas ruang dengan jumlah yang hampir tak terlihat namun dapat dideteksi (jauh lebih kecil dari lebar proton). Gangguan mengubah waktu kedatangan dua sinar laser kembali ke sumbernya.

Getaran apa pun di cermin itu sendiri—bahkan getaran termal mikroskopis dari atom-atom di lapisan cermin—dapat memengaruhi waktu kedatangan sinar laser dan menyulitkan untuk mengisolasi sinyal gelombang gravitasi.

“Setiap kali cahaya melewati antara dua bahan yang berbeda, sebagian kecil dari cahaya itu dipantulkan,” kata Vajente. “Ini adalah hal yang sama yang terjadi di jendela Anda: Anda dapat melihat bayangan samar Anda di kaca. Dengan menambahkan beberapa lapisan bahan yang berbeda, kami dapat memperkuat setiap pantulan dan membuat cermin kami memantulkan hingga 99,999 persen.”

“Yang penting dari pekerjaan ini adalah kami mengembangkan cara baru untuk menguji materi dengan lebih baik,” kata Vajente. “Kami sekarang dapat menguji sifat-sifat material baru dalam waktu sekitar delapan jam, sepenuhnya otomatis, yang sebelumnya membutuhkan waktu hampir seminggu. Ini memungkinkan kami menjelajahi tabel periodik dengan mencoba banyak bahan berbeda dan banyak kombinasi. Beberapa bahan yang kami coba tidak berfungsi, tetapi ini memberi kami wawasan tentang properti apa yang mungkin penting.”

Pada akhirnya, para ilmuwan menemukan bahwa bahan pelapis yang terbuat dari kombinasi titanium oksida dan germanium oksida menghilangkan energi paling sedikit (setara dengan mengurangi getaran termal).

“Kami menyesuaikan proses fabrikasi untuk memenuhi tuntutan ketat dalam kualitas optik dan mengurangi kebisingan termal dari lapisan cermin,” kata Carmen Menoni, profesor di Colorado State University dan anggota LIGO Scientific Collaboration. Menoni dan rekan-rekannya di Colorado State menggunakan metode yang disebut ion beam sputtering untuk melapisi cermin. Dalam proses ini, atom titanium dan germanium dikupas dari sumbernya, dikombinasikan dengan oksigen, dan kemudian disimpan ke kaca untuk membuat lapisan tipis atom.

Lapisan baru dapat digunakan untuk pengamatan kelima LIGO, yang akan dimulai pada pertengahan dekade sebagai bagian dari program LIGO Plus Lanjutan. Sementara itu, pengamatan keempat LIGO, yang terakhir dalam kampanye LIGO Lanjutan, diharapkan akan dimulai pada musim panas 2022.

“Ini adalah pengubah permainan untuk Advanced LIGO Plus,” kata Reitze. “Dan ini adalah contoh yang bagus tentang bagaimana LIGO sangat bergantung pada optik mutakhir dan penelitian dan pengembangan ilmu material. Ini adalah kemajuan terbesar dalam pengembangan pelapisan optik presisi untuk LIGO dalam 20 tahun terakhir.”

Ditulis oleh Whitney Clavin

Sumber: Caltech





Source link

  • Bagikan